改善生殖健康和降低出生缺陷問題，是21世紀生殖醫學領域的重要使命。根據中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會2012年9月 《中國出生缺陷防治報告》發布的數據，中國2011年出生缺陷的發生率為5.6%，每年新增病例90萬。發病率較發達國家高出近2倍，每年國家和社會的經濟負擔高達數千億元。其中遺傳性病因約占40%~60%，這還不包括遺傳性功能缺陷（即廣義的出生缺陷），如遺傳性耳聾、智障、孤獨癥等。
在生育障礙的一系列研究中，人們對女性和男性配子以及胚胎的發育和調控機制表示了極大的關注，其遺傳性狀的影響主要表現在：①配子發生障礙，表現為卵母細胞和精子的數量減少、質量低下和功能缺陷等。②機體對外界的環境因素更為易感，出現生育能力低下和妊娠丟失。③子代的生育風險加大。
排在前位的出生缺陷和生育障礙，幾乎都屬于復雜性疾病，也就是由多個致病或易感因素與環境交互作用產生的遺傳物質的結構和功能異常。目前對這類疾病的發病機制和遺傳規律所知甚少，采用傳統的常規技術無法對人群和患者進行高效便捷的遺傳學診斷和篩查。因為人口眾多、地區發展的不平衡，對于已出生的缺陷患兒，尚缺乏系統的干預和糾治策略以及長效機制，構成目前面臨的知識瓶頸、技術瓶頸和體制瓶頸的嚴峻形勢。
人類基因組計劃（human genome project，HGP）的提前完成 ，敲開了基因組醫學的大門。
透過這扇門，人們看到了更為廣闊的全新基因組醫學領域，意味著后基因組時代的到來。人類變異基因組計劃、全基因組關聯研究 （genome-wide associationstudies，GWAS）及重要疾病基因組學，以及其他組學等全景式分子醫藥工程技術的發展，為21世紀新的醫學模式———個體化醫學奠定了基礎。近年來，由于對人類基因組的不斷解析，特別是應運而生的分子生物檢測技術和全基因組分析的核心技術———微陣列生物芯片和深度測序技術的問世，使得我們真正地走進了以基因組醫學為基礎的個體化醫學時代。本文重點討論現代遺傳學/基因組學在生殖醫學領域的發展。
1 后基因組時代的技術發展
人類基因組學已揭示出每個人的遺傳背景是有差異的，構成人體遺傳圖譜共30億個核苷酸分子，其遺傳圖譜字母排列的99.9%是相同的，但剩下的0.1%的差別（變異）是至關重要的，這些變異稱為基因多態性，其中最為重要、最常見的為單個核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP），是繼限制性片段長度多態性（RFLP）、短串聯重復序列（STR）之后的第3代遺傳學標記，是功能基因組學、疾病基因組學、藥物基因組學和環境基因組學重要研究內容。GWAS利用分析標簽SNPs（tagging SNPs，tSNPs），檢測人類基因組中大多數常見的SNPs，目的是識別人類全基因組中可能與復雜疾病相關聯的變異，截止2013年底，已有超過1 605個GWAS研究檢測基因與150多種人類疾病存在相關性，發現數千個與疾病有關聯的SNP。
高通量測序是指一次性對幾百萬到十億條DNA分子進行并行測序，泛稱為二代測序技術（nextgeneration sequencing，NGS）。該技術可對一個物種的轉錄組和基因組進行深入、細致、全貌的分析，又稱為深度測序。
目前深度測序技術呈風起云涌般發展，已經深入到基礎和臨床遺傳學的各個方面，大有后來居上的勢頭。分子生物檢測技術的飛速發展，為基因芯片、二代測序等高通量全基因組分析技術（genomicprofiling）的應用提供了強大、有力的技術平臺，使得10多年前舉全世界之力、耗資數十億美元才完成的人類全基因組測序，現在可以在1周之內、花費數千美元即可完成，從而實現了一些罕見性遺傳相關疾病的病因確診。
利用新一代深度測序技術完成的全基因組、全外顯子組捕獲、高通量靶向基因的測序，以及RNA-Seq、microRNA表達譜等，對新型的以基因組醫學為基礎的個體化診斷醫療預防之醫學模式提出了全新的挑戰和革命。通過新一代測序技術檢測母血中的游離胎兒DNA（cffDNA）進行無創產前診斷已成為近年來產前診斷的新趨勢，且越來越多地被用于臨床。2012年Kitzman等完成對cffDNA的全基因組測序，使得單基因疾病的無創診斷和篩查的臨床應用指日可待。
隨著技術的飛躍進步及檢測成本的不斷降低，科學家們提出的1 000美元的基因組檢測目標有望在未來幾年內實現，使得個人基因組信息有可能在不遠的將來走進臨床，指導疾病的診斷、治療和預防。
2 基因組分析技術在生殖醫學領域的應用
人類遺傳通過生殖繁衍來完成，和生殖直接相關的疾病更是與遺傳、變異密切相關。以往對生殖疾病的遺傳易感因素的研究多是基于假說的候選基因的研究，近年隨著生物醫學技術的不斷發展，生殖領域迅速地進入了后基因組時代的應用領域，力求發現基因組中可能與復雜疾病相關聯的變異。
圍繞著對人卵母細胞和早期胚胎的基因組研究、多囊卵巢綜合征（PCOS）、卵巢早衰（POF）/原發性卵巢功能不全（primary ovarian insufficiency，POI）、男性無精癥、子宮內膜異位癥（EMs），以及胚胎植入前遺傳學診斷（PGD）等生殖醫學領域的重大熱點和難點問題展開，中國的科研成果也進入了世界前沿的遺傳學/基因組學在生殖醫學領域研究和發展的行列。
2.1 人卵母細胞和早期胚胎的基因組研究 基因組分析技術已成功地應用于對人卵母細胞和早期胚胎發育的研究，國內學者們已在世界著名科學雜志發表了具有國際影響力的研究成果。北京大學喬杰、湯富酬和謝曉亮研究小組完成了對人單個卵母細胞的高精度全基因組測序，通過分析卵母細胞的兩個極體細胞推斷獲得卵母細胞本身的全部基因組信息。
該技術能夠準確地推斷出卵母細胞中基因組的完整性以及攜帶的遺傳性致病基因的情況，從而選擇出一個正常的、沒有遺傳缺陷的胚胎用于胚胎移植。
該技術用于胚胎植入前PGD，能有效地減少母源性先天性遺傳缺陷嬰兒的出生。
上海同濟大學和南京醫科大學生殖醫學國家重點實驗室薛志剛、范國平、劉嘉茵團隊利用單細胞RNA測序技術，全面分析了鼠、人類卵母細胞以及早期胚胎不同發育階段基因轉錄組的動態變化。
發現胚胎早期發育各階段中均存在父親或母親來源的單等位基因表達差異；胚胎早期發育各階段中的細胞周期、基因調控、蛋白質翻譯以及代謝通路的基因轉錄變化以逐步啟動的方式依序發生，胚胎早期發育由階段特異的關鍵樞紐基因驅動。這些研究結果闡明了哺乳動物早期胚胎不同發育階段轉錄組表達的特點，對于探討哺乳動物胚胎發育機制、對人類胎源性疾病的臨床診斷、預防、治療均具有重要意義。
2.2 PCOS的遺傳學研究 PCOS在育齡婦女中發病率約6%~8%，是不孕婦女的常見疾病，屬于和遺傳相關的復雜性疾病，涉及多個基因變異。而不良的宮內環境、生活方式和環境因素更增加患病風險，其一級親屬的再發病風險甚至高達20%~40%。早期對PCOS的遺傳學研究，發現了至少100多種基因可能與PCOS的發病相關，但這些結果的重復性和可靠性尚存在爭議。
山東大學陳子江團隊進行了對PCOS的首個GWAS研究，該研究通過對744例PCOS患者和895例正常對照的全基因組芯片掃描分析，確定了2p16.3（rs13405728）、2p21（rs13429458）和9q33.3（rs2479106）3個位點與PCOS關聯，這3個位點分別對應的是LHCGR、THADA及DENND1A基因。該研究團隊的后續GWAS研究，進一步分析了中國漢族的1 510 例PCOS患者和2 016例正常對照者的數據。
該研究除了證實首篇GWAS報道的3個位點，又確定了8 個新的 PCOS 的關聯位 點 ：9q22.32，11q22.1，12q13.2，12q14.3，16q12.1，19p13.3，20q13.2 和 2p16.3。篩選出的這些候選基因集中在與胰島素、性激素和Ⅱ型糖尿?。═2DM）相關的通路上，與PCOS的病理生理學機制密切相關，這2項GWAS結果為PCOS的遺傳學/基因組學基礎研究提供了新的方向。
2.3 POF/POI的遺傳學研究 POF通常是指女性40歲之前閉經，伴有高卵泡刺激素和低雌激素水平。大約1%的育齡婦女患有此病，是一類臨床高度異質、病因復雜的疾病。由于POF的概念常代表卵巢功能的終末階段，且無法體現疾病的進展性和多樣性，美國生殖醫學會建議稱為POI，不但對該病給予了更準確的詮釋，而且進一步揭示了疾病的本質特征。
卵巢發育需要許多基因通過多種途徑發揮作用并相互協調，這些基因廣泛分布于X染色體和常染色體，不同基因的突變可能通過累積效應或級聯反應導致卵巢功能的完全喪失，尤其是那些與卵母細胞發生相關的基因，包括減數分裂基因，很可能與POF/POI的病因相關，但許多通過動物模型發現的候選基因在人體中的作用一直未得到證實。最近，國際權威期刊《新英格蘭醫學雜志》同期發表了2篇獨立的原創性研究，首次在中國人和歐洲人的POI/POF不同家系中各自發現了減數分裂基因（HFM1和STAG3）的突變導致POF/POI。這個經歷了10多年的假說，終于在小鼠動物模型和POI/POF病患中都得到了證實，為探索POF/POI的發生機制以及闡明該病的臨床高度異質性和遺傳病因復雜性開辟了一個新的研究途徑。
2.4 男性精子發生基因的遺傳學研究 在10多年的前期工作中，南京醫科大學生殖醫學國家重點實驗室應用基因組學技術，首次發現和驗證了一批與精子發生相關的基因，繼后又用蛋白質組學技術構建了一系列精子發生相關的蛋白質表達譜，包括：①小鼠睪丸單倍體生精細胞（精子細胞/精子）蛋白質表達譜，共2 116種蛋白可能參與了精子細胞的變態過程。②小鼠睪丸四倍體生精細胞（精母細胞）蛋白質表達譜，共3 507種蛋白可能參與了精母細胞的減數分裂過程。③人類睪丸蛋白質表達譜，其中2 873種蛋白可能與人睪丸的功能相關。這些研究證實了大量睪丸特異性基因編碼蛋白質的存在，包括許多已經報道的與精子發生一系列生物學事件相關的蛋白質以及一系列未被深入研究的蛋白質，為精子發生調控蛋白的深入研究創造了條件。
近年來Hu等在構建了2 927例非阻塞性無精子癥的患者和5 734例可育男性對照標本庫的基礎上，通過對1 000例無精子癥患者外周血DNA與1 703例對照可育男性外周血DNA進行分析，發現32個SNP與無精子癥高度相關，用GWAS方法分析了無精子癥患者和正常男性外周血DNA的SNP位點變化，通過SNP與無精子癥全基因組關聯分析，確定了3個SNP位點與精子發生高度相關，分別為rs2477686、rs12097821和rs10842262。其中rs2477686所在區域有一個基因PEX10，已在果蠅中被證實該基因缺失可導致精子發生障礙和雄性不育，PEX10可能是人類無精子癥的重要候選基因。
這些SNP位點的變化可能通過改變關聯基因的表達而調控精子的發生，據此有可能發現新的精子發生調控基因，對揭示精子發生的調控機制和男性不育的診治具有重要意義。
2.5 EMs的遺傳學研究EMs是另一種導致女性生育力及生活質量降低的常見疾病，病因涉及到免疫學、解剖學、內分泌學等方面，一直缺乏及時和非侵入性的診斷工具，以及缺少真正有效的治療手段，是目前EMs在臨床上的最大障礙。雙胞胎研究與家族研究已經證明遺傳因素可增加患病相對風險。
Uno等開展了針對EMs的GWAS研究，這也是生殖領 域 的 首 個 GWAS 研 究 。 該 研 究 發 現 了9p21.3，8p23.1，1p36.12三個EMs相關區域，對應CDKN2B-AS1、DEFA10P-DEFA1，WNT4-ZBTB40基因。近年來又有了4項新的有關該病的GWAS研究，而最有影響力的是Albertsen等進行的兩個階段的大樣本的全基因組關聯隊列研究，包括2 019例手術。。
證實的EMs病例和14 471例正常對照的SNP，發現1p36.12，2q23.3，6p22.3，10q11.21 等 區 域 和 EMs 相關，與之相關的是WNT4，RND3，RBM43，RNF144B-ID4，HNRNPA3P1等基因。這些研究結果表明遺傳因素對EMs的發病有重要作用，相關的SNP位點有可能成為早期診斷EMs的生物標記。
2.6 PGD PGD/胚胎植入前遺傳學篩查（PGS）是在胚胎期進行卵裂球或滋養細胞的遺傳學檢測，可以幫助有遺傳病生育風險夫婦懷上正常胎兒，避免女方反復流產或終止有遺傳缺陷的妊娠帶來的身心傷 害。 熒 光 原 位 雜 交 技 術 （fluorescent in situhybridization，FISH） 曾是染色體異常PGD/PGS的主要技術方法，但是臨床應用中存在諸多局限性，也限制了其在PGD/PGS中的進一步應用。近期微陣列比 較 基 因 組 雜 交 技 術 （array based comparativegenomic hybridization，CGH array）和微陣列單核苷酸多態技術（SNP array）具有高通量、快速、自動化等特點，可以全面檢測整個染色體組的數目異常和微結構異常，已開始應用于臨床PGD/PGS，明顯提高了臨床妊娠率。隨著高通量遺傳檢測技術的飛速發展，新一代測序技術迅速從科研實驗室走向臨床應用，在染色體異常PGD中的應用具有更高通量、低成本的優勢，并且可能應用于單基因病PGD，具有巨大的應用前景。
3 展望
生殖醫學在過去的30多年經過了一個長足發展的過程，輔助生殖技術解決了很多不孕夫婦的生育問題，但仍有許多困難的病例和令人困惑的個體差異問題無法解決。
人們開始尋求優化的卵母細胞利用率最高的個體化誘導排卵方案，結合藥物遺傳學和藥物基因組學研究結果，有可能成為指導個體化醫療的未來趨勢，實現個體選擇合適、有效、安全的誘導排卵治療藥物，降低卵巢過度刺激綜合征（OHSS）風險，減少IVF的取消率，提高治療過程的舒適度及接受度的最終目標；對人類早期生殖活動的遺傳學規律的研究，使人們更多了解自然和環境對人類生存和繁衍的調控，制定更好的優生優育的生殖健康計劃；人們將更加關注輔助生殖技術對配子和胚胎表觀遺傳學的影響，觀察人工助孕技術對子代安全性的關系；這些都將會依賴后基因組時代的各類新型技術的應用，以進一步的深入研究和指導臨床。
未來的以基因組醫學為基礎的個體化醫學時代，包括遺傳學/基因組學以及其他組學等在生殖醫學領域的研究和發展，都需要全球性的合作，避免小樣本的偏差及不同人種的易感基因位點的遺漏。
研究選擇的樣本需指定疾病亞型分型，以便找尋與亞型相關的可靠的遺傳標記。隨著后基因組時代科學技術的迅猛發展和快速進步，人類遺傳學/基因組學以及其他組學的研究成果將“井噴”樣地涌現，生殖醫學的進步也將隨之實現從量變到質變的飛越。
